圍繞“金礦”展開開發競爭

    OLED顯示屏制造技術的競爭并不僅僅存在于傳統的平面超薄產品顯示屏領域，圍繞可靈活彎曲的柔性OLED顯示屏的實用化，日韓廠商等展開了激烈的開發競爭。有觀點認為，柔性顯示屏將成為一個巨大的新市場，對各廠商來說是個大金礦。

    韓國廠商在該領域的行動十分迅速。三星電子為平板電腦“Galaxy Note 3”采用了在2013年1月舉辦的展會“2013 International CES”上公開的柔性OLED顯示屏“Youm”，估計Note 3最早將在2013年9月于德國舉辦的展會“IFA 2013”上發布。有報道稱，LG電子也將在2013年底推出采用柔性OLED顯示屏的智能手機。

    目前以剝離、轉印方式為主流

    不過，雖然是柔性顯示屏，但好像還沒有廠商采用卷到卷的制造方法。TFT技術大多都采用InGaZnO TFT及其改良版。在玻璃基板上用樹脂薄膜制作顯示屏后，剝離玻璃基板，然后轉印到其他薄膜基板上的方法也基本是通用的（圖5）。

    圖5：柔性化方面越來越多地采用轉印方式

    本圖為SID 2013上發布的柔性OLED基板的元件構造示例，以及從玻璃基板剝離的方法。（（c）由ASU拍攝）

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    《OLED新天地1：樹脂基板也可實現高清》

    各廠商選擇的不同技術之間的區別主要在于以下幾方面：（1）像素數和精細度、（2）采用哪種樹脂基板、（3）實際制造出來的顯示屏的缺陷是否明顯等。

    像素數和精細度都比較高的是東芝。該公司在10.2英寸的柔性OLED顯示屏上實現了1920×1080像素的全高清顯示。東芝表示，“此次將SID 2012上發布的94ppi的精細度提高到了223ppi”。該公司采用聚酰亞胺作為樹脂基板。聚酰亞胺一般顏色略微偏黃，不過該公司稱“找到了透明的聚酰亞胺”。

    樹脂基板的選擇以及工藝溫度與InGaZnO TFT的品質息息相關。具體來說，在工藝溫度較低的話，可以利用PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）和PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）等低成本樹脂，但InGaZnO TFT退火溫度可能會過低。相反，工藝溫度高的話，雖然InGaZnO TFT退火溫度足夠高，但樹脂基板就必須要采用昂貴的聚酰亞胺。東芝的最高工藝溫度估計高達約300℃，可見該公司重視的是InGaZnO TFT的品質。

    而美國亞利桑那州立大學（ASU）和松下等采用了PEN基板。松下發現，“工藝溫度越低，越容易從玻璃基板剝離”，因此選擇了低溫工藝。該公司好像還在討論使用比PEN成本更低的PET。

    不過，在SID 2013會場上利用試制品實際顯示了影像的，只有日本半導體能源研究所（SEL）等。SEL的3.4英寸柔性OLED顯示屏的精細度高達326ppi，制造品質非常高，根本看不到缺陷。而其他廠商的試制品有很多僅從照片上就能發現明顯缺陷。

    大氣穩定性是最后的課題

    柔性OLED顯示屏實用化面臨的最后一個課題是如何確保大氣穩定性。如果是平面超薄、輕微彎曲的顯示屏，面板正反面都可以利用玻璃，導致顯示屏劣化的水蒸氣和氧氣基本都能隔離。但要想實現輕量、可靈活彎曲的產品，就很難利用玻璃，只能用樹脂封裝，這就帶來了問題。

    普通樹脂薄膜中，水蒸氣和氧氣隔離性較高的產品的水蒸氣透過性為平均每天10－4g/m2左右。而要想實現與玻璃相當的隔離性，水蒸氣透過性必須在平均每天10－6g/m2以下。雖然也有幾款具備這樣高的隔離性的樹脂薄膜，但屬于特種材料，價格非常昂貴。

    利用新EIL解決劣化問題

    NHK和日本觸媒在SID 2013上發布了解決這一問題的其他方法（圖6），那就是把造成OLED元件劣化的主要原因——電子注入層（EIL）的材料改為難以被氧化的材料。改變材料后，還出于制造工藝整合性的考慮改進了元件構造，采用相對于光提取方向使陽極和陰極順序顛倒的“倒置OLED”（iOLED）構造。

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    在比較了這種顯示屏與單面用水蒸氣透過性為10－4g/m2的樹脂薄膜封裝的、采用普通構造的OLED屏的大氣穩定性后發現，經過100天后，采用普通構造的屏幕嚴重劣化，而采用新構造的屏幕沒有出現劣化。由此，無需使用隔離性非常高的昂貴的樹脂薄膜，只需改變元件內部的材料就能夠確保大氣穩定性。

    圖6：通過改進元件構造實現較高的大氣穩定性

    NHK和日本觸媒開發的大氣穩定性較高的、采用新構造的OLED元件的概要（a～b）。東工大和旭硝子也發布了類似的技術及采用新技術的EIL材料（c）。

    與InGaZnO匹配性良好

    此次，NHK等沒有公布EIL材料的詳情。東京工業大學和旭硝子也在2013年春季的“第60屆應用物理學會春季學會演講會”和本屆SID 2013上發布了構造基本相同的柔性OLED屏，利用的EIL材料為“C12A7電子化合物”（圖6（c））。這種物質也就是東京工業大學細野秀雄教授的研發小組在2002年開發的“導電的透明膠結物”注1）。

    注1） C12A7電子化合物開發之初還打算用于FED（場發光）型顯示屏的電子槍材料等。但由于FED本身的開發日漸衰退，因此最終未能問世。

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    旭硝子和NHK均表示，“iOLED構造OLED元件與n型TFT的整合性很高”。這是因為，在電子能級方面，InGaZnO TFT與OLED元件的電極整合性高，電流容易流過。另外，據NHK介紹，iOLED在像素驅動電路中的連接位置與原來不同，能增加流經OLED元件的電流的穩定性，這也是一個優點。

    InGaZnO TFT為n型TFT。如果C12A7電子化合物真的被用作EIL材料，那么細野教授將在TFT技術和EIL材料這兩方面為OLED的實現做出巨大貢獻。

    有望取代磷光材料的新材料備受關注

    在SID 2013上，還有一位日本研究人員受到了極大關注。那就是九州大學教授、主管最尖端有機光電子研究中心（OPERA）的安達千波矢（圖7）。2012年，OPERA從名為熱活性型延遲熒光（TADF）的材料群中，發現了發光效率與磷光材料相當的材料。

    圖7：日本開發的“第三代發光材料”備受關注

    本圖為九州大學的OPERA開發的OLED元件的新型發光材料“TADF”的優點及采用TADF制作的顯示屏試制品。

    在SID 2013上就OLED的新一代材料發表演講的麻省理工學院（MIT）電氣工程系教授Marc Baldo稱，“安達教授開發的TADF有望成為取代磷光材料的新的發光材料群”。

    安達教授也在SID 2013上就TADF發表了演講。包括Baldo的演講在內，與會者提出的主要問題是，“TADF能否用藍色材料實現發光壽命長的產品”，安達教授對此回答說“Promising（非常有希望）”。（未完待續）